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单层厂房钢结构 ppt课件
建筑钢结构设计
单层厂房钢结构
单层厂房钢结构
本章主要内容：
1. 结构体系与结构布置 2. 普通钢屋架设计 3. 横向框架及框架柱设计 4. 吊车梁结构体系
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
• 主要结构构件
– (1)框架柱 (2)钢屋架 – 支撑构件 – 吊车梁 制动梁 – 天窗架 托架 – 墙架 抗风柱 …
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
✓ 屋盖支撑和柱间支撑等构成支撑体系
• 支撑体系 支撑的作用 –增大结构纵向刚度，承担纵向水平荷载 –增大结构横向刚度，协调横向框架受力 –减小屋架弦杆/框架柱的平面外计算长度 –维持托架及中间屋架的稳定性 –保证安装过程中结构稳定性，防止倾倒 –增大结构的抗扭刚度
1.结构体系及结构布置
• 横向框架形式 铰接框架和刚接框架 – 铰接框架
柱脚弯矩大；横向刚度差；受力明确，计 算简单；安装方便；对基础沉降适应性强 – 刚接框架 柱脚弯矩小；横向刚度好；受力复杂；构 造麻烦；对基础沉降适应性差
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
• 屋盖结构形式 无檩体系 –在屋架上直接设置大型钢筋混凝土屋面板 –屋架间距=屋面板跨度（6m/12m） –横向刚度大/整体性好/构造简单/耐久性好
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
• 结构形式与布置
柱网布置 屋盖结构型式 墙架布置
横向框架形式 支撑体系 吊车梁系统布置
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
✓ 横向框架和纵向框架的柱形成柱网
• 柱网布置 考虑因素 – 工艺要求
• 地上设备/地下设备/功能变动
– 结构要求
• 所有柱列采用相等柱间距/设置托架(标准化)
单层厂房钢结构
单层厂房钢结构
本章主要内容：
1. 结构体系与结构布置 2. 普通钢屋架设计 3. 横向框架及框架柱设计 4. 吊车梁结构体系
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
• 主要结构构件
– (1)框架柱 (2)钢屋架 – 支撑构件 – 吊车梁 制动梁 – 天窗架 托架 – 墙架 抗风柱 …
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
✓ 屋盖支撑和柱间支撑等构成支撑体系
• 支撑体系 支撑的作用 –增大结构纵向刚度，承担纵向水平荷载 –增大结构横向刚度，协调横向框架受力 –减小屋架弦杆/框架柱的平面外计算长度 –维持托架及中间屋架的稳定性 –保证安装过程中结构稳定性，防止倾倒 –增大结构的抗扭刚度
1.结构体系及结构布置
• 横向框架形式 铰接框架和刚接框架 – 铰接框架
柱脚弯矩大；横向刚度差；受力明确，计 算简单；安装方便；对基础沉降适应性强 – 刚接框架 柱脚弯矩小；横向刚度好；受力复杂；构 造麻烦；对基础沉降适应性差
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
• 屋盖结构形式 无檩体系 –在屋架上直接设置大型钢筋混凝土屋面板 –屋架间距=屋面板跨度（6m/12m） –横向刚度大/整体性好/构造简单/耐久性好
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
• 结构形式与布置
柱网布置 屋盖结构型式 墙架布置
横向框架形式 支撑体系 吊车梁系统布置
单层厂房钢结构
1.结构体系及结构布置
✓ 横向框架和纵向框架的柱形成柱网
• 柱网布置 考虑因素 – 工艺要求
• 地上设备/地下设备/功能变动
– 结构要求
• 所有柱列采用相等柱间距/设置托架(标准化)
单层厂房钢结构设计ppt课件
度
第一节 单层厂房钢构造体系
二、单层厂房钢构造的布置 2.1、柱网 2.2、变形缝－温度缝 2.3、横向框架 2.4、屋盖构造布置
第一节 单层厂房钢构造体系
2.1、柱网——主要取决于工艺要求 柱网→横向框架＋纵向框架 柱网的布置需求从以下几个方法思索： 〔1〕从工艺要求方面： 柱的位置应与车间设备、机械及起重运输
第一节 单层厂房钢构造体系
三、支撑体系 3.1、支撑体系的作用 3.2、屋盖支撑 3.3、柱间支撑 3.4、支撑的计算和构造
第一节 单层厂房钢构造体系
3.2、屋盖支撑 (1)支撑作用：
1〕保证构造的空间作用； 2〕加强屋架的侧向稳定； 3〕传送屋盖的程度荷载； 4〕便于屋盖的安装；
第一节 单层厂房钢构造体系
第四节 横向框架与框架柱
1.1 横向框架的方式 〔2〕单层多跨厂房的横向框架 在消费线有横向联络时，多采用此种
第四节 横向框架与框架柱
1.1 横向框架的方式 〔2〕单层多跨厂房的横向框架
第四节 横向框架与框架柱
1.1 横向框架的方式 〔3〕锯齿形厂房的横向框架 有采光和通风要求的厂房 一面采光或通风，另一面是屋面板 框架式或桁架式 〔4〕有横向天窗的横向框架 天窗直接放在屋架上 天窗与屋架和柱构成横向框架
度大，稳定性好，抗震性能好，耐热〔 但不耐火〕，制做安装运输方便，因此 在重型厂房及大型厂房中运用很普遍。 需求抵抗屋面、墙面、吊车设备等各种竖 向及程度荷载的作用。 组成：天窗架、屋架、托梁、柱、吊车梁 、制动梁〔桁架〕、各种支撑以及墙架 等构件。
第一节 单层厂房钢构造体系
1.1、构造组成 柱＋屋架→平面构造 吊车梁→衔接两个平面构造 支撑体系→屋盖支撑、柱间支撑 屋盖→屋架、支撑、檩条、天窗
第一节 单层厂房钢构造体系
二、单层厂房钢构造的布置 2.1、柱网 2.2、变形缝－温度缝 2.3、横向框架 2.4、屋盖构造布置
第一节 单层厂房钢构造体系
2.1、柱网——主要取决于工艺要求 柱网→横向框架＋纵向框架 柱网的布置需求从以下几个方法思索： 〔1〕从工艺要求方面： 柱的位置应与车间设备、机械及起重运输
第一节 单层厂房钢构造体系
三、支撑体系 3.1、支撑体系的作用 3.2、屋盖支撑 3.3、柱间支撑 3.4、支撑的计算和构造
第一节 单层厂房钢构造体系
3.2、屋盖支撑 (1)支撑作用：
1〕保证构造的空间作用； 2〕加强屋架的侧向稳定； 3〕传送屋盖的程度荷载； 4〕便于屋盖的安装；
第一节 单层厂房钢构造体系
第四节 横向框架与框架柱
1.1 横向框架的方式 〔2〕单层多跨厂房的横向框架 在消费线有横向联络时，多采用此种
第四节 横向框架与框架柱
1.1 横向框架的方式 〔2〕单层多跨厂房的横向框架
第四节 横向框架与框架柱
1.1 横向框架的方式 〔3〕锯齿形厂房的横向框架 有采光和通风要求的厂房 一面采光或通风，另一面是屋面板 框架式或桁架式 〔4〕有横向天窗的横向框架 天窗直接放在屋架上 天窗与屋架和柱构成横向框架
度大，稳定性好，抗震性能好，耐热〔 但不耐火〕，制做安装运输方便，因此 在重型厂房及大型厂房中运用很普遍。 需求抵抗屋面、墙面、吊车设备等各种竖 向及程度荷载的作用。 组成：天窗架、屋架、托梁、柱、吊车梁 、制动梁〔桁架〕、各种支撑以及墙架 等构件。
第一节 单层厂房钢构造体系
1.1、构造组成 柱＋屋架→平面构造 吊车梁→衔接两个平面构造 支撑体系→屋盖支撑、柱间支撑 屋盖→屋架、支撑、檩条、天窗
钢结构第八章单层厂房结构分解
雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载、施工检 修荷载、地震作用等。
8.2.2.3 荷载组合
❖ 在进行框架内力分析时，可分别算出各种荷载单独作用 时框架各构件截面的内力值，其后进行迭加。但为求构 件控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑单项 荷载同时出现的可能性，即要进行荷载效应组合（内力 组合）。
8.2.3 单层钢结构厂房的内力和侧移计算
❖ 8.2.3.1 内力计算 ❖ 可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计
算机程序来分析计算。 ❖ 对于梁和柱均为等截面的平面框架，内力分析时可采
用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法，但实际工 程中仍较少采用塑性分析。 ❖ 对于梁或柱变截面的平面框架，应采用弹性方法确定 其内力，且内力通常采用杆单元有限元法编程上机分 析计算或直接利用现有的一些结构计算软件进行分析 计算。 ❖ 为了计算框架构件的截面，应将框架在各种荷载作用 下产生的内力进行最不利组合或者根据不同荷载组合 下的内力分析结果，找出各构件的控制截面，按控制 截面的组合内力来设计构件截面。
§8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的计算长度 ❖ 8.2.1 单层钢结构厂房的计算简图 ❖ 通常将厂房简化为横向平面框架和纵向平面框架计算
❖ 单层钢结构厂房横向平面框架计算简图可分为柱顶与屋 盖结构（屋架或横梁）铰接形式（如图8－7a所示）和 柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）刚接形式（如图8－7b 所示）．
❖ 对于有吊车的厂房，跨度一般取为上部柱中心线间的横 向距离，可按下式确定：
❖ L0 LK 2S
(8.1)
❖ 式中 LK ───支撑式梁式吊车或桥式吊车的跨度；
❖ S ───由吊车大轮中心线至上柱轴线的距离
（图8－4），应满足下式要求： S B C D 2
8.2.2.3 荷载组合
❖ 在进行框架内力分析时，可分别算出各种荷载单独作用 时框架各构件截面的内力值，其后进行迭加。但为求构 件控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑单项 荷载同时出现的可能性，即要进行荷载效应组合（内力 组合）。
8.2.3 单层钢结构厂房的内力和侧移计算
❖ 8.2.3.1 内力计算 ❖ 可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计
算机程序来分析计算。 ❖ 对于梁和柱均为等截面的平面框架，内力分析时可采
用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法，但实际工 程中仍较少采用塑性分析。 ❖ 对于梁或柱变截面的平面框架，应采用弹性方法确定 其内力，且内力通常采用杆单元有限元法编程上机分 析计算或直接利用现有的一些结构计算软件进行分析 计算。 ❖ 为了计算框架构件的截面，应将框架在各种荷载作用 下产生的内力进行最不利组合或者根据不同荷载组合 下的内力分析结果，找出各构件的控制截面，按控制 截面的组合内力来设计构件截面。
§8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的计算长度 ❖ 8.2.1 单层钢结构厂房的计算简图 ❖ 通常将厂房简化为横向平面框架和纵向平面框架计算
❖ 单层钢结构厂房横向平面框架计算简图可分为柱顶与屋 盖结构（屋架或横梁）铰接形式（如图8－7a所示）和 柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）刚接形式（如图8－7b 所示）．
❖ 对于有吊车的厂房，跨度一般取为上部柱中心线间的横 向距离，可按下式确定：
❖ L0 LK 2S
(8.1)
❖ 式中 LK ───支撑式梁式吊车或桥式吊车的跨度；
❖ S ───由吊车大轮中心线至上柱轴线的距离
（图8－4），应满足下式要求： S B C D 2
39.6x17.6m单层钢结构厂房结构施工全图
.37A123D123屋面结构平面图41:1005678A456D78440060006000600060006000400440040012003号车间280028008504300850GL-1GL-2GL-2GL-2GL-2GL-2GL-2GL-1XGXGXGXGXGXGXGSC1SC1SC1SC1雨蓬雨蓬雨蓬39600221GL-213天窗结构平面图41:1005678XGXGXGSC2GL-2GL-2GL-2345GL-2SC2GL-26786000396006000600060006000BCBCBCBC480048002500屋面结构平面图天窗结构平面图221AD13檩条平面布置图451:1006783456783号车间AD60003960060004400400600060006000400440011040022002200300030003000300030003000300030003000300022004002200CGLGLGLGLGCGLGLGLGLGCGLGLGCGLGLGLGCGLGLGLGCGLGLGLGCGLGLGLGCGLG221BC1CB3451:100345678678396003960060004800480060006000600060006000480060006000600060004800天窗檩条平面布置图檩条平面布置图天窗檩条平面布置图150500150500150150CGLGLGLGCGLGLG30003000300030003000300030003000300030003号车间%%13014(%%13012)d=22孔-260X100X86SC大样d=22孔花篮螺栓-260X100X86%%13014(%%13012)%%13014(%%13012)-260X100X8d=22孔6花篮螺栓%%13014(%%13012)6-260
钢结构单层厂房结构(图片很好幻灯片PPT
钢结构
设计
4. 掌握框架柱的设计。
第七章 单层厂房结构
第7.1节 厂房结构的形式和布置
本节目录
1. 厂房结构的组成 2. 厂房结构的设计步骤 3. 柱网和温度伸缩缝的布置
基本要求
1.了解厂房结构的组成 2.了解厂房的设计步骤及柱网伸缩缝的布置
钢结构
设计
第七章 单层厂房结构
7.1.1 厂房结构的组成
(e)双阶柱;(f)分离式柱
第七章 单层厂房结构
分离式柱：由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁 架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。
屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件 设计；吊车肢在框架平面内的稳定性依靠连在屋盖肢上的水平 连系板保证。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突 缘支座时，按轴心受压构件设计，当采用平板支座时，仍按压 弯构件设计。
不宜小于100mm；当在吊车和
柱之间需要设置安全走道时，则 D不得小于400mm；
图7.2.2 柱与吊车梁轴线 的净距
间
第七章 单层厂房结构
b1——上段柱宽度。 S的取值：对于中型厂房一般采用0.75m或1m，重
型厂房则为1.25m甚至达2.0m。
框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离:
式中:
H h 1h 2h 3
柱顶为刚接
柱顶为铰接
220
120
150
180
100
125
120
—
—
第七章 单层厂房结构
温度伸缩缝最普通的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置 两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线 和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用“插入 距”的方式。
《单层厂房钢结构》PPT课件
l0
l10.75 0.25
N2 N1
（9.6.3）
当l0<0.5l1时，取l0=0.5l1 ，N1为较大的压力，取“＋”，N2为
较小的压力或拉力，压力取“＋”，
拉力取“－”。
芬克式屋架、再分式腹杆
受压杆件在平面外计算长度同上，平
面内计算长度为节点长度。
l1——屋架弦杆侧向支承点之间的距
离。
图9.6.8 杆件内力变化时在桁架平
图9.4.3
图9-7
图9-8
3.下弦纵向水平支撑 组成：系杆、斜杆
下弦纵向水平支 撑
作用：增加屋盖空间刚度，承
受和传递吊车横向水平制动力。
布置：屋架两边，与横向支撑
形成封闭框。 当房屋较高、跨
度较大、空间刚度要求较高时，
设有支承中间屋架的托架，或设
有重级或大吨位的中级工作制桥
式吊车等较大振动设备时，均应
9.6.1 桁架的形式和主要尺寸
确定屋架形式的原则： 满足适用、经济和制造安装方便的原则。 1.满足使用要求 屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。
2.满足经济要求 · 屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆 内力沿 跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小； · 腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉； · 荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。
钢屋盖的类别包括：
平 面 钢 屋 架
空间桁架：
网架
9.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布 钢屋盖结构置通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等
构件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分 为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。
1.无檩屋盖 结构体系：
一般用于预应力混凝土大型屋面板等重 型屋面，将屋面板直接放在屋架上。
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s
计算单元
2a
计算单元
c a
a
a
(a)
cc a
c aaaaaaa
(b)
c aa
插入距
图7.1.2 柱网布置和温度伸缩缝
(a)各列柱距相等(b)中间柱有拔柱
7.1.3.2 温度伸缩缝
设置温度伸缩缝是为了避免产生过大的温度变形和和 温度应力。
在纵向，常采用温度伸缩缝将厂房分成伸缩时互不影响 的温度区段。按规范规定，当温度区段长度不超过表7.1 时，可不计算温度应力。
h2—地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求定；
h1——吊车轨顶至屋架下弦底面的距离：
h 1 A 1 0 10 ~ 5 20 m 00m
式中： A为吊车轨道顶面至起重小车顶面之间的距离；
100mm是为制造、安装误差留出的空隙； (150～200)mm则是考虑屋架的挠度和下弦水平支撑 角钢的下伸等所留的空隙。 吊车梁的高度可按(1/5～1/12)L选用，L为吊车梁的跨 度，吊车轨道高度可根据吊车起重量决定。
H1
H H2
H1
H H2
L
L1
L2
(a)
(b)
图7.2.3 横向框架的计算简图
(a)柱顶刚接(b)柱顶铰接
对于由格构式横梁和阶形柱(下部柱为格构柱)所组成的 横向框架，需要将惯性矩(对高度有变化的桁架式横梁按平 均高度计算)乘以折减系数0.9简化成实腹式横梁和实腹式柱。 对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可近似认
本章目录
7.1 厂房结构的形式和布置 7.2 厂房结构的框架形式 7.3 屋盖结构 7.4 框架柱设计特点 7.5 轻型门式刚架结构 7.6 吊车梁设计特点 7.7 墙架体系
基本要求
1. 熟悉单层厂房结构形式及布置，钢屋盖结构构造和设计 计算。 2. 了解轻型门式刚架的构造和设计。 3. 了解吊车梁的构造与设计。 4. 掌握框架柱的设计。
7.2.1.2 计算简图 通常简化为平面框架计算。 框架计算单元应使纵向每列柱至少有一根柱参加框
架工作，同时将受力最不利的柱划入计算单元中。 对于各列柱距均相等的厂房，只计算一个框架。对
有拔柱的计算单元，一般以最大柱距作为划分计算单 元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以采 用柱的轴线，如采用后者，则对计算单元的边柱只应 计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一半。
檩条 拉条
柱间支撑
图7.1.1 厂房结构的组成
天窗架
屋架
屋架
其构件按作用可分为：
◆横向框架 由柱和屋架组成,是厂房的主要承重体系。 ◆屋盖结构 承担屋盖荷载，包括横向框架的横梁、托架、 中间屋架、天窗架、檩条等。 ◆支撑体系 包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，作用有二： 承担纵向水平荷载；把主要承重体系连成空间的整体结构， 保证厂房结构必需的刚度和稳定。 ◆吊车梁和制动梁(或制动衔架)主要承受吊车竖向及水平荷 载。 ◆墙架 承受墙体的自重和风荷载。
1.了解厂房框架柱的类型及柱间支撑 2.掌握横向框架的计算
7.2.1 横向框架主要尺寸和计算简图
7.2.1.1 主要尺寸
L0
框架的主要尺寸见图 7.2.1
取为上部柱中心线间的横 H
h2
向距离，可由下式定出：
H2
L0 Lk2S
h3
式中
图7.2.1 横向框架的主要尺寸
L k ——桥式吊车的跨度；
S——由吊车梁轴线至上段柱轴
L0
线的距离，应满足下式要求
SBD b1/2
b1
B——吊车桥架悬伸长度，可由 b1/2 行车样本查得；
DB S
Lx h1
D ——车外缘和柱内边缘之间的
必要空隙：当吊车起重量不大于
500kN时，不宜小于80mm；当
h2
吊车起重量大于或等于750kN时，
不宜小于100mm；当在吊车和柱
第7.1节 厂房结构的形式和布置
本节目录
1. 厂房结构的组成 2. 厂房结构的设计步骤 3. 柱网和温度伸缩缝的布置
基本要求
1.了解厂房结构的组成 2.了解厂房的设计步骤及柱网伸缩缝的布置
7.1.1 厂房结构的组成
(a)无檩屋盖
大型屋面板
上弦横向支撑
垂直支撑
(b)有檩屋盖
柱间支撑
上弦横向支撑
柱间支撑
为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵向构件(如 托架、吊车梁等)支座处设置滑动支座，但构造复杂。
当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度伸 缩缝。
第7.2节 厂房结构的框架形式
本节目录
1.横向框架主要尺寸和计算简图 2.横向框架的荷载和内力 3.框架柱的类型 4.纵向框架的柱间支撑
基本要求
次要的构件：梯子、走道、门窗等。在某些厂房中，还 有工作平台。
7.1.2 厂房结构的设计步骤
（1）规划厂房的建筑和结构 （2）静力计算 （3）构件及连接设计 （4）绘制施工图
7.1.3 柱网和温度伸缩缝的布置
7.1.3.1 柱网布置
进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题： ◆满足生产工艺的要求 ◆满足结构的要求 尽可能将柱布置在同一的横向轴线 上。
表7.1 温度区段长度值
结构情况
采暖房屋和非采暖地区的房屋 热车间和采暖地区的非采暖房屋
露天结构
温度区段长度（m）
纵向温度区段
横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）
（垂直于屋架或构架跨度方向）
柱顶为刚接
柱顶为铰接
220
120
150
180
100
125
120
—
—
温度伸缩缝最普通的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置 两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线 和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用“插入 距”的方式。
◆符合经济合理的要求 确定方案时应进行综合比较。
◆符合柱距规定要求 对厂房横向，当跨度L≤18m时， 其跨度宜采用3m的倍数；当厂房跨度L≥18m时，其跨度 宜采用6m的倍数。对厂房纵向，以前基本柱距一般采用 6m或12m，现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的厂房 日益广泛，常以18m甚至24m作为基本柱距。多跨厂房 的中列柱，常因工艺要求需要“拔柱”。其柱距为基本 柱距的倍数，最大可达48m。
之间需要设置安全走道时，则D 不得小于400mm；
图7.2.2 柱与吊车梁轴线 的净距
间
b1——上段柱宽度。 S的取值：对于中型厂房一般采用0.75m或1m，重型
厂房则为1.25m甚至达2.0m。
框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离:
式中:
Hh1h2h3
h3—地面至柱脚底面的距离。中型车间约为0.8-1.0， 重型车间为1.0～1.2；